專利名稱：用于烘干流化床鍋爐的燃料的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及烘干給流化床鍋爐點火的燃料的方法和設備。燃料在供給流化床鍋爐前先要在位于供料管路中的烘干機中烘干，從而可使用再循環(huán)的流化床固體燃料去烘干燃料?？刂屏骰补腆w燃料的循環(huán)速率，使供給烘干機的熱的流化床固體燃料的數(shù)量足夠烘干所包含的燃料。流化床固體燃料在烘干機中與濕燃料混合，降低了燃料的濕度并且產生了蒸汽。將烘干的燃料和流化床固體燃料加到鍋爐的爐膛中?？蓪⒑娓蛇^程中產生的蒸汽從烘干機送至有用的應用場合，最好送至冷凝級，以便在能量產生過程中利用。
在加壓燃料點火的動力設備中，在將濕燃料送入鍋爐的爐膛之前一般借助于煙氣將該濕燃料烘干。因為加壓燃料燃燒室需要干燃料才能穩(wěn)定燃燒，所說燃料的烘干過程是必不可少的。在流化床鍋爐中，要進行有效的燃燒，燃料不必是干的，但在流化床中可能發(fā)生烘干和燃燒，這種烘干和燃燒的熱量相當高。
在使用煙氣的烘干過程中，煙氣和烘干過程中產生的蒸汽逐漸相互混合在一起。從煙氣和烘干過程中產生的蒸汽的氣體混合物中回收熱量，在經濟效益上一般沒有什么實用價值，這是因為在相當高的溫度下不可能回收冷凝的熱量，并且煙氣中的酸性分量(NOx和SOx)在低于水的露點的溫度下會強烈腐蝕熱交換器表面。
還要借助于不同的蒸汽加熱的烘干機(其中的烘干熱量是從送入烘干機中的蒸汽獲得的)對燃料進行烘干以便實現(xiàn)加壓燃料的點火。蒸汽在為烘干機設計的熱交換器表面上冷凝。一般來說，使用溫度盡可能低的低壓蒸汽，并且不必回收燃料釋放出來的蒸汽。
現(xiàn)有技術中的一種有用的蒸汽加熱的烘干機結構是流化床蒸汽加熱的烘干機，其中首先用壓縮機來提高烘干機排出蒸汽的壓力水平，然后將加壓的蒸汽引向烘干機的蒸汽冷凝表面，借此來回收來自排出蒸汽的冷凝熱量。這樣一種烘干機的缺點是投資成本高和壓縮機的內部功耗相當大。
德國專利申請DE3，726，643公開了一種結構，這種結構僅限于用在循環(huán)的流化床鍋爐，其中的整個的循環(huán)流化床固體燃料流是送到混合器型的烘干機的。對于市場上銷售的典型循環(huán)流化床鍋爐而言，該系統(tǒng)使用了一種帶有冷卻表面的熱交換器結構作為烘干機。在該德國申請出版物中描述的實施例中，再循環(huán)的蒸汽起液化氣體的作用。因為不可能控制再循環(huán)的流化床固體燃料的數(shù)量以適應所需的烘干效應，所以要為烘干機提供熱傳輸表面。于是，再循環(huán)的流化床固體燃料的冷卻發(fā)生在三個不同的階段燃料的烘干、再循環(huán)蒸汽的過熱、以及對置于烘干機流化床中的冷卻管道的熱傳輸。
上述系統(tǒng)還有一個缺點，即烘干機的結構和處理裝置很復雜，使投資成本高昂。再有，在這種實施例中的烘干機的流化床溫度必須比水蒸發(fā)成蒸汽所必須的相變溫度明顯地高(高出100-300℃)，因此燃料的氣化和焦油的生成將要妨礙該設備的技術上的可行性。
本發(fā)明不限于烘干機運行的流化床技術。本烘干機的基本特征是，允許流化床固體燃料以被控的方式進入烘干機的數(shù)量必須能保持烘干機溫度在一個期望的水平上。
當按照本發(fā)明操作流化床烘干機時，在烘干過程中產生的循環(huán)的排出蒸汽不是像上述的德國申請的實施例中的那種情況用于冷卻流化床，而是保持該流化床處于液化狀態(tài)。
當按照本發(fā)明通過再循環(huán)流化床固體燃料至烘干過程的熱量輸入量是根據所需的烘干容量進行控制時，即可將烘干機的結構簡化，因為可從烘干機上省去所有的熱傳輸表面。換言之，烘干機一般必須具備的熱傳輸能力由調節(jié)至烘干機的熱輸入量的控制方案所代替。鑒于此，本發(fā)明的焦點不在于用蒸汽烘干本身(這方面已在幾個市場上銷售的產品應用中實施了)，而在于實現(xiàn)一個極其有益的烘干機結構。
如以上所述，由于和燃料的燃燒有關的一些原因，流化床鍋爐不一定要烘干燃燒的燃料。但如果可以冷凝來自烘干過程的排出蒸汽，烘干機就可能在能量產生方面給出有經濟效益的優(yōu)越條件。從中可以得到一個附帶的好處，即重新進入爐膛的煙氣量減少了，減少的數(shù)量為被冷凝的排出蒸汽量。因此可以使用較小的鍋爐，并且降低了鍋爐的投資成本。
按照本發(fā)明，燃料的烘干是使用給烘干過程引入熱量的熱的流化床固體燃料，在將燃料供給鍋爐之前，在適于安置在燃料供料管路中的一個烘干機中完成的。將流化床固體燃料再循環(huán)進入設在供料管路中的烘干機內的數(shù)量必須使再循環(huán)的流化床固體燃料的熱量與烘干該燃料的能量要求相適應。通過來自流化床固體燃料\燃料混合物溫度的控制信號來控制再循環(huán)速率。該控制裝置也可以使用其它的與混合物溫度有關的測量信號，例如一氧化碳、或混合物的溫度。該控制方案基本上是通過調節(jié)再循環(huán)的流化床固體燃料至烘干機的供料速度實現(xiàn)的。
熱的流化床固體燃料與濕燃料混合，使包含在濕燃料中的濕氣在烘干溫度下蒸發(fā)。流化床固體燃料\濕燃料混合物溫度范圍保持在能從該濕燃料蒸發(fā)出所含水份的溫度和避免濕燃料高溫分解的溫度之間。烘干溫度依賴于烘干機通常所處的壓力和要烘干的燃料。在大氣壓下，烘干溫度一般為110℃左右。通過調節(jié)流化床固體燃料進入烘干機的供料速度，并且通過有效地混合烘干機中的流化床固體燃料和濕燃料，就能避免混合物過熱。通過常規(guī)的燃料供料噴嘴將該混合物加入流化床鍋爐的爐膛。
借助于使用惰性的流化床固體燃料把熱量引入烘干過程，即可獲得烘干過程中的所謂排放蒸汽以便作為幾乎純凈的蒸汽供回收利用，該蒸汽的冷凝溫度極接近于烘干溫度。
將熱量引入烘干過程的這種方式的結果是得到一個有特殊優(yōu)點的烘干機，因為對于烘干機的熱輸入是在流化床固體燃料與濕燃料在烘干機中混合的過程中以有效的方式發(fā)生的。在烘干機中冷卻了的流化床固體燃料在返回到爐膛的熱的流化床并與該流化床混合在一起時又迅速加熱起來。
原則上，可以將該烘干機構造成任何封閉的氣密混合器，可在該混合器中讓熱的流化床固體燃料與濕燃料相互有效混合在一起。另一種實際可行的烘干機是借助于再循環(huán)的排出蒸汽液化的流化床烘干機。該烘干機的流化床的有效內部熱傳輸能力保證了烘干機的均勻溫度分布，同時該流化床的穩(wěn)定的熱含量能夠防止在給該烘干過程供料臨時中斷期間發(fā)生燃料過熱。
本發(fā)明的烘干機即適用于氣泡型流化床鍋爐，又適用于循環(huán)的流化床鍋爐。當一部分循環(huán)固體燃料加到循環(huán)的流化床鍋爐時，這部分循環(huán)固體燃料就被送往烘干機，被烘干的燃料和被冷卻的循環(huán)固體燃料的混合物從烘干機、經過例如循環(huán)固體燃料的返回噴嘴、返回到鍋爐的爐膛。
按本發(fā)明的烘干機從爐膛獲得了用于烘干過程的熱量，由于新穎的烘干安排，因此鍋爐的流化床尺寸不需要有大的改變。但對鍋爐尺寸卻有影響，因為煙氣中沒有烘干過程中產生的蒸汽，所以煙氣體積減少了。如果將該烘干機用于新的流化床鍋爐，鍋爐的對流面積以及靜電煙氣除塵器的尺寸都可減少。
具體地說，按照本發(fā)明的方法的主要特征如下一種用于烘干給流化床鍋爐(1)點火的燃料的方法，在該方法中，讓來自流化床鍋爐(1)的爐膛的熱的流化床固體燃料自鍋爐的爐膛再循環(huán)至設置在燃料供料管道中的一個烘干機(11)，該濕燃料在烘干機(11)中與流化床固定燃料混合并被烘干，因此從該濕燃料中釋放出蒸汽，將被烘干的燃料和流化床固體燃料的混合物送入流化床鍋爐(1)中，控制流化床固定燃料再循環(huán)速率，以便將流化床固體燃料/濕燃料混合物的溫度保持在蒸汽的飽和溫度以上、燃料的高溫分解溫度之下;
將烘干過程中產生的幾乎純凈的蒸汽從烘干機(11)加到有用的應用場合。
另外，按照本發(fā)明的設備的特征如下一種用來烘干給流化床鍋爐(1)點火的燃料的設備，所說設備包括一個流化床鍋爐(1)，一個燃料烘干機(11)，一個用于自烘干機至烘干機再循環(huán)流化床固體燃料的噴嘴(8)，一個用于自烘干機至鍋爐供應濕燃料與流化床固體燃料的混合物的噴嘴(10)，其特征在于該設備進一步還包括用于調節(jié)進入烘干機的再循環(huán)的流化床固體燃料數(shù)量的控制部件(16)和/或(15)，用于將在烘干過程中產生的蒸汽送至有用的應用場合的噴嘴(9)，并且在烘干機中沒有單獨的熱傳輸表面。
按本發(fā)明的方法和設備有許多優(yōu)點。所用的烘干方法便于實現(xiàn)一個以極其有益的結構和制造成本為特色的烘干系統(tǒng)。新的烘干系統(tǒng)的成本和現(xiàn)有的其它系統(tǒng)相比低達10-20%左右。
按照本發(fā)明的烘干系統(tǒng)可用來產生排出蒸汽，這些蒸汽可用于產生能量的過程中。例如在一個用50%濕度的泥煤燃料點燃的流化床鍋爐中，從烘干機可產生的排出蒸汽壓力為1巴，可用在動力設備工藝中的透平回路中。排出蒸汽的能量可用于局部加熱中，例如作為工藝用汽使用，或用在電力產生過程中。在產生局部加熱能量或工藝用汽過程中，相對于對鍋爐的燃料熱量輸入功率而言的總熱量輸出增加約13.3%相對于燃料熱量輸入功率而言的電能產生增加約為1.7%。
如上所述，因為在要從鍋爐排出的煙氣中沒有燃料烘干過程中產生的排出蒸汽，因此可以減小鍋爐的尺寸。對于上述實例，鍋爐尺寸減小了15-20%。
下面參照所附的附圖詳盡地描述本發(fā)明，其中

圖1示意地表示出按照本發(fā)明的烘干方法和設備，以及圖2表示一個實施例，其中的鍋爐是一種循環(huán)的流化床鍋爐，烘干機是一種流化床烘干機，該烘干機的結構被設計用來再循環(huán)在烘干過程中產生的并返回到烘干機以便液化烘干機的流化床的一部分蒸汽。
按照圖1所示的方法，即用本發(fā)明的方法例如在一個簡單的混合床烘干機中將諸如泥煤之類的濕燃料烘干，并且利用在烘干過程中產生的幾乎純凈的蒸汽來產生能量。典型應用中的烘干過程在大氣壓力下進行。該設備包括帶有爐膛2的流化床鍋爐1、空氣入口集合管4、分配空氣的爐蓖5、以及煙囪3、烘干機11、燃料供料管7、和該流化床鍋爐的液化空氣入口管6。另外，該設備中還設置一個再循環(huán)流化床固體燃料的供料噴嘴8、混合流化床固體燃料和該濕燃料的返回噴嘴10、排放燃料烘干過程中釋放的蒸汽的回收管9、以及調節(jié)濕燃料和流化床固體燃料流的冷凝器13和控制部件15和16、以及燃料供料控制部件17。
高濕度泥煤沿燃料供給管7加到烘干機11。在這種情況下含砂的、熱的、惰性流化床的固體燃料在400-1000℃溫度下，最好在800-900℃溫度下，自流化床鍋爐1經入口噴嘴8再循環(huán)至該烘干機。借助于控制部件16調節(jié)進入的再循環(huán)的固體燃料數(shù)量，使經烘干機11再循環(huán)的流化床固體燃料導入的熱量和烘干過程消耗的熱量相一致。下面詳細描述烘干機的能量要求和控制。
在烘干機11中，流化床固體燃料與該濕燃料進行機械式混合。當流化床固體燃料與該濕燃料直接接觸時就將發(fā)生有效的熱傳輸。
當該濕燃料與流化床固體燃料混合時，即烘干了該濕燃料并且產生了蒸汽。因為除該濕燃料外，只有來自鍋爐流化床的固體燃料能夠進入烘干機，在烘干過程中產生的排出蒸汽幾乎是純凈的，一般只含約2-5%的惰性氣體。因此，排出的蒸汽容易冷凝，它的冷凝熱量容易回收。
排出的蒸汽從烘干機11沿管道9排去，供進一步使用，在本例中排到冷凝器13，在冷凝器13回收冷凝的熱量。由于惰性氣體含量少，因此蒸汽的冷凝溫度和烘干過程中使用的溫度非常接近。因而可以將這種冷凝熱用在局部加熱或發(fā)電廠工藝流程中，例如在預熱供應水、預熱燃燒空氣、或局部加熱回路的熱交換中用作工藝用氣和/或用于產生電能。
將烘干的燃料和流化床固體燃料的混合物從烘干機11、經噴嘴10、供入到鍋爐的爐2中，在爐2中，經爐干機冷卻了的流化床固定燃料在與爐2的熱流化床混合時迅速熱起來。
按照本發(fā)明來控制流化床固體燃料的再循環(huán)速率，使再循環(huán)的固體燃料的熱量和烘干機11中烘干過程需要輸入的熱量相適應。在這里討論的實例中，再循環(huán)速率由控制部件16調節(jié)，該控制部件16一般來說是一個閘門，或是一個所謂鎖-斗式供料器。啟動該控制部件的反饋信號取自烘干機11內包含的流化床固體燃料/濕燃料混合物的溫度。因此溫度的適當?shù)脑O定值是根據烘干機的內部壓力以及被烘干的燃料的質量調節(jié)的。在泥煤燃料的大氣壓下的烘干過程中，溫度設定值一般是110℃左右。借助于溫度計來監(jiān)視烘干機11的溫度。除溫度外，還可測量任何其它的和溫度相關的變化過程以便獲得反饋信號。按照這一方案，控制部件16允許進入烘干機11的熱的流化床固體燃料的數(shù)量必須能借助于進入的固體燃料導入的熱量把烘干機的溫度恒定地維持在期望的數(shù)值上。如果內部的溫度有增加的趨勢，控制部件16即對進入烘干機的固體燃料流進行限制，以便維持溫度恒定。與此相應地，如果檢測到溫度下降，則要增加流化床固定燃料再循環(huán)速率。
烘干機11的內部溫度必須略高于在烘干機通常所處壓力下從燃料蒸發(fā)出來的排出蒸汽的飽和溫度，另一方面該內部溫度也不要太高以致于啟動燃料的高溫分解。因此這些邊界條件是限制烘干機11(即流化床固體燃料/濕燃料混合物)的可允許溫度的工作范圍的那些條件。
在這個典型的實施例中，借助于放在烘干機11中的溫度計來監(jiān)視這個溫度。另外，可以在噴嘴10處測量混合物溫度，或者在噴嘴9處測量蒸汽溫度，因為這兩個溫度基本上相等。
在本例中描述的烘干機11是一種簡單的、低成本的混合器型設備，無需單獨的熱交換器表面。對于沿進入流化床固體燃料導入的熱量進行調節(jié)，就能避免烘干機11過熱，因此在典型的實施例中，可把烘干機的溫度維持在100-150℃左右之內，或者簡言之，比釋放的排出蒸汽高出0-50℃左右。
還可以對烘干過程加壓，為此要使流化床鍋爐和烘干機在相等的壓力下工作，或者讓烘干機相對于鍋爐的壓力有一個正的壓力。如果烘干機相對于鍋爐有一個正壓力，則要使用兩個控制部件15和16，使它們在鍋爐和烘干機之間起壓力密封門的作用。在這種情況下，控制部件必須或者取所謂的鎖-斗供料器型式，或者是其它加壓門供料器。烘干機的內部溫度比從烘干機11中的燃料在工作壓力下釋放出來的排出蒸汽的飽含溫度高出0-50℃左右。
按圖1所是的另一個實施方案，省去控制部件16，烘干機相對于鍋爐的高度較低些。經噴嘴8再循環(huán)的流化床固體燃料量用控制部件15控制，其中使用了沿管路10進行的流化床固體燃料/濕燃料混合物的溫度作為用烘干機的質量速率秤校正的反饋信號?？刂撇考?5一般是一個加壓門供料器，或者是一個螺旋推料器，其旋轉速度是根據由螺旋推料器傳送的流化床固體燃料/燃料混合物的溫度調節(jié)的。因此在這一點監(jiān)視混合物的溫度是適當?shù)?。當從烘干機中出來的混合物質量流趨向于減少烘干機中混合物的含量時，為烘干機允許的更多的熱的固體燃料通過噴嘴8進入了烘干機。當烘干機裝滿時，流化床固體燃料的入口流動也即停止了。簡言之，如果沿管路10行進的混合物的溫度趨向于提高過大，則借助于控制部件15來減少沿管路10的質量流，同時烘干機裝滿，于是停止了熱的流化床固體燃料經管路8至烘干機的入口流動。按這種方式通過控制部件15來調節(jié)流化床固體燃料的再循環(huán)，控制部件15的工作狀態(tài)根據沿管路10行進的混合物的溫度來控制。
圖2表示中一個實施例，其中鍋爐1是一種循環(huán)式流化床鍋爐，烘干機11是一種流化床烘干機。使在烘干過程排出的部分排出蒸汽再循環(huán)并且用于液化烘干機流化床。如以上第一實例所述，用于烘干燃料的所需數(shù)量的熱流化床固體燃料從鍋爐1開始、經控制部件16、沿管路8再循環(huán)至烘干機11。經管路7進入烘干機中的燃料在烘干機中與流化床固體燃料混合。
在烘干機11的流化床內的燃料顆粒和流化床固體燃料之間發(fā)生了有效的熱傳輸，并且流化床溫度保持接近蒸發(fā)的蒸汽相變溫度，即比蒸汽的飽和溫度高出10-20℃左右。
在烘干過程釋放的蒸汽沿管路9傳出，留待進一步利用。一部分蒸汽沿管路14再循環(huán)，返回到烘干機，用于液化流化床固體燃料/濕燃料的混合物。借助于鼓風機18將再循環(huán)的蒸汽壓力提高。從烘干機出來的另一部分排出蒸汽留待進一部利用，在本例中是送到冷凝器13。
循環(huán)的固體燃料自鍋爐1送到旋流器19，此后一部分循環(huán)的固體燃料經控制部件16送至烘干機11。其余的循環(huán)的固體燃料經噴嘴20直接反回到鍋爐。烘干的燃料與冷卻的循環(huán)的固體燃料的混合物經管路10返回到爐膛2。將進入烘干機11的流化床固體燃料的循環(huán)速率控制方式按排成和圖1所示的實例的控制方式相同。在圖2這里所示的典型實施例中，也可以省去控制部件16，因此流動的調節(jié)是借助于控制部件15按上邊描述過的方式進行的。
另外，在圖1和圖2所示的兩個實力中，可以借助于置于管路7上的一個燃料供料控制部件來調節(jié)燃料熱量輸入以便和所需要的鍋爐的熱輸出相適應，所說控制部件例如可以是一個螺旋推料器，或者是一個所謂的鎖-斗式供料器。
本發(fā)明不局限于在用電設備中的應用，本發(fā)明可以和以上所述種類的所有流化床鍋爐結合使用。
待烘干的燃料可以是泥煤，或者是任何其它的濕燃料，例如煤、褐煤、污水斑積物、生物量、或類似的可燃燒物質。
權利要求
1.一種用于烘干給流化床鍋爐(1)點火的燃料的方法，在該方法中，讓來自流化床鍋爐(1)的爐膛的熱的流化床固體燃料自鍋爐的爐膛再循環(huán)至設置在燃料供料管道中的一個烘干機(11)，該濕燃料在烘干機(11)中與流化床固定燃料混合并被烘干，因此從該濕燃料中釋放出蒸汽，將被烘干的燃料和流化床固體燃料的混合物送入流化床鍋爐(1)中，其特征在于控制流化床固定燃料再循環(huán)速率，以便將流化床固體燃料/濕燃料混合物的溫度保持在蒸汽的飽和溫度以上、燃料的高溫分解溫度之下；將烘干過程中產生的幾乎純凈的蒸汽從烘干機(11)加到有用的應用場合。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于烘干過程是在加壓情況下進行的。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于再循環(huán)速率的控制是通過調節(jié)進入烘干機的再循環(huán)的流化床固定燃料的數(shù)量實現(xiàn)的。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于再循環(huán)速率的控制是借助于控制部件(15)和/或(16)實現(xiàn)的。
5.如前述任何一個權利要求所述的方法，其特征在于烘干機(11)的工作溫度維持在比烘干過程中產生的蒸汽的飽和溫度高出0-50℃。
6.如前述任何一個權利要求所述的方法，其特征在于將烘干過程中產生的蒸汽冷凝。
7.如前述任何一個權利要求所述的方法，其特征在于在烘干過程產生的蒸汽中包含的惰性氣體的最大含量為5%。
8.如前述任何一個權利要求所述的方法，其特征在于使用諸如泥煤、煤、褐煤、污水斑積物、或生物量之類的含水燃料作為待烘干的燃料。
9.一種用來烘干給流化床鍋爐(1)點火的燃料的設備，所說設備包括一個流化床鍋爐(1)，一個燃料烘干機(11)，一個用于自烘干機至烘干機再循環(huán)流化床固體燃料的噴嘴(8)，一個用于自烘干機至鍋爐供應濕燃料與流化床固體燃料的混合物的噴嘴(10)，其特征在于該設備進一步還包括用于調節(jié)進入烘干機的再循環(huán)的流化床固體燃料數(shù)量的控制部件(16)和/或(15)，用于將在烘干過程中產生的蒸汽送至有用的應用場合的噴嘴(9)，并且在烘干機中沒有單獨的熱傳輸表面。
10.如權利要求9所述的設備，其特征在于烘干機(11)是流化床烘干機，并且該設備包括用于將烘干過程中產生的部分蒸汽再循環(huán)至烘干機(11)以便用作液化氣體的裝置。
11.如權利要求9或10所述的設備，其特征在于所說烘干機(11)是加壓的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于烘干給流化床鍋爐(1)點火的燃料的方法和裝置。將流化床的熱的、惰性的固體燃料按一個被調節(jié)的速率自爐膛(2)循環(huán)至一個簡單的烘干機(11)，該烘干機(11)設置在至鍋爐(1)的燃料供料管路(7)上，借此烘干了燃料并產生了蒸汽。借助于被控制的流化床固體燃料的再循環(huán)，可以保持烘干機(11)的溫度恒定不變，因此可省去烘干機(11)的所有熱傳輸表面。將烘干過程釋放出來的幾乎純凈的蒸汽從烘干機(11)送到有用的應用場合。
文檔編號F23C10/18GK1072767SQ92112858
公開日1993年6月2日 申請日期1992年11月27日 優(yōu)先權日1991年11月27日
發(fā)明者M·賴科 申請人:伊馬特蘭福伊馬股份公司